石油鑽機的變頻改造

   時間:2014-03-12 04:40:26
石油鑽機的變頻改造簡介
摘要:本文以大慶油田石油管理局井下作業分公司配備的我公司生產的?JD-BP32-500?型石油鑽機變頻器為例,介紹了石油鑽機進行變頻改造的意義、應用效果……
石油鑽機的變頻改造正文

摘要:本文以大慶油田石油管理局井下作業分公司配備的我公司生產的?JD-BP32-500?型石油鑽機變頻器為例,介紹了石油鑽機進行變頻改造的意義、應用效果及使用價值。由於石油鑽機的特殊的應用環境,在變頻器的產品設計方面注意到了相關的技術難點,為該類產品的開發提供了相關的依據。?
關鍵詞:石油鑽機?變頻改造?應用?

引言:隨著現代電力電子技術及微電子技術的飛速發展,變頻器作為一種現代工業革命的產物,已越來越多地應用到工業生產的各個領域。從低壓到高壓,從普通到特殊,變頻器在調速和節能等方面都發揮著無可替代的作用,並正在逐步地向縱深拓展。現在我們應大慶油田石油管理局井下作業分公司的要求,對其鑽井設備—石油鑽機又進行了變頻改造,並收到了較好的效果。?

一、石油鑽機的系統簡介

石油鑽機是油田生產的關鍵設備之一,隨著生產效率的不斷提高,對鑽井系統的要求也越來越高。鑽井過程中鑽桿需要頻繁的提放,由於鑽具重,要求提放要穩,到位準確,這是對鑽機控制系統的總體要求。?

現場的動力系統是有兩台?500KW?的發電機組併網發電,供一台鑽機及其他幾台?37KW?的電機使用,用來驅動鑽井用鑽盤和提放鑽桿及起放井架的絞車。打井深度為?3000m?(稱?30?鑽機)。所配置的電機,型號為?Y423-6-500BPR?,其主要參數如下表:?

其工作過程為變頻電機通過變速箱和轉盤同滾筒相連接,來驅動轉盤和絞車,採用氣動離合器,以保證可靠性和安全性。且絞車剎車系統為盤式剎車,減少了原系統帶來的不穩定性。並且整套系統配有緊急制動剎車,緊急情況下使用增強了安全性和可靠性。?

二、變頻器的配置情況?

根據現場的特殊情況,我們選用了本公司生產的?JD-BP32-500?型?500KW/380V?的變頻器。
????其基本的參數為:?

頻率範圍:?0-50HZ?

最高頻率:?33.5—50HZ?任意設定?

基本頻率:?0—33.5HZ?之間任意設定?

轉矩提升:根據負載轉矩調整到最佳?

根據現場的特殊要求,經常用在低頻?2—5HZ?,並且提升量大,所以變頻器在額定頻率?0—33.5HZ?採用恆轉矩輸出,?33.5HZ?以上採用恆功率輸出。為適應大功率輸出,以及負載根據地質情況的頻繁波動,並且電流變化大,而且有頻繁的周期性波動,以及現場安裝空間的限制,使變頻器體積盡量的小。我們採用兩單元並聯輸出,每個單元四個功率模塊直接並聯的特殊結構,模塊並聯中產生的均流問題,我們採用均流電抗和強制均流兩種方式,使每個模塊都能正常工作。由於變頻器輸出電流大(接近?2KA?),為防止強電流磁場造成的干擾,傳輸信號採用光纖通訊,並且控制電路也增加相應的抗干擾措施,從而增加了變頻器工作的安全性,收到了較好的效果。?

由於在工作過程中負載波動頻繁,電流變化大,電機有時處於發電狀態,為處理好這部分能量,保證變頻器的安全,增加了能耗制動單元。這類負載周期性變化大,我們採用較大余量的功率器件,主電路採用電流感測器取樣及?IGBT?結壓降保護和負載過流保護三級措施,來確保變頻器及電機能夠長期的無故障運行。其主迴路電路如圖示:?


圖一、變頻器主電路原理圖
圖二、制動單元圖

三、應用效果?

經過兩個月的試運行,該系統呈現出明顯的效果:?

1、沒有使用變頻器前,起放井架是在工頻?50HZ?通過變速箱直接加上負載,速度不易控制,井架自身約為?40?噸,大的鑽機還要重,起放很不平穩,衝擊大,不易於控制。安放二成平台時十分煩瑣,費時、費力。使用變頻器后可以在低頻?2—5HZ?啟動,速度慢,很容易操作控制起放位置,並且低頻起重量大,安全可靠。?

2、打井時原來就有四個檔位,沒有其他速度選擇。工頻?50HZ?時,合轉盤離合,這樣對鑽桿及電機、變速箱都有很大的機械衝擊。特別是在打到岩層時,地下的地質情況複雜多變,負載有時輕,有時重,這樣使得發電機要丟頻丟壓,轉盤轉速時快時慢。在打定向井時就會偏離設計傾斜度。使用變頻后,轉盤轉速在設定範圍內連續可調,減少了頻繁換檔,根據地形可以靈活掌握其速度,轉盤帶動轉桿時可以零頻啟動,對轉盤的扭力就大大減少了,變頻器還採用了較大的儲能元件,以保證複雜多變的地質情況下負載的變化。?

3、隨著大量的石油開採,鑽井深度越來越深,這樣的情況下每?9?米就要提放一次轉具,頻凡的提升和下放,提升的重量越來越重原來提升要頻繁的換檔,才能適應越來越重的鑽具,由於?提升速度不可控制,井卡鑽具時對其衝擊很大,有可能把鑽桿拉斷,造成事故。使用變頻器可以低速提升,並且提重量大,對於鑽具衝擊力小,易於控制提放位置、速度,適於頻繁的提放鑽具。?

4、使用變頻器后對於整個系統的的機械損耗也減少了,原來經常損壞的變速箱及剎車系統能夠減少維修次數,減少大量的維修費用。在鑽井情況下電機可以處於停止狀態,而原來在工頻運行時直接啟動電機,啟動電流大容易損壞發電機,運行后電機一直在運行狀態,耗費大量能源。而變頻器可以實現連續軟啟動,啟動電流小,對發電機組沒有衝擊,原來每天用油?3?噸以上,而現在用油在?2?噸左右,所以也大大節約了能源。並且我們還配有電力變壓器一套,以便有條件時直接接入高壓網電運行。?

四、結語??

石油鑽機採用變頻控制,是新興的變頻高科技技術在油田上的又一次成功應用。通過這一實踐,證明了變頻器的應用是十分廣泛的。我們應該抓住這一機遇,努力完善這一類產品的工藝及性能,使之更能適應現場的要求,為變頻器更新領域的拓展付出更大的努力。?

參考文獻:
1、高成海?變頻器在石油鑽機的應用及分析?變頻器世界?2005、3?
2、王鵬飛?變頻器的諧波干擾及防止對策?變頻器世界?2005、4?
作者簡介:
吳海濤(?1976-?)?男?工程師?1996?畢業於曲阜大學,現在山東新風光電子有限公司從事變頻器的研發工作。

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